一種新型紅外探測監(jiān)控系統(tǒng)

陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院　張紅月

1.引言

各類盜竊犯罪是常見的犯罪形式之一，以非法占有為目的，特別是在農(nóng)村以及城鄉(xiāng)結(jié)合部等人口過多的區(qū)域，通常商鋪、倉庫等都是主要目標(biāo)。為了預(yù)防盜竊發(fā)生，一般采取安裝攝像頭、安排專門人員值守、請(qǐng)專業(yè)安防公司等等，這些措施成本較高、效果不是很理想。本文提出一種新的紅外探測監(jiān)控系統(tǒng)，在無人情況下可以開啟，當(dāng)有人闖入后會(huì)及時(shí)通過GSM模塊向管理人員發(fā)出預(yù)警，并通過發(fā)出聲響進(jìn)行警告，直到管理人員趕到或者闖入者離去方可解除警報(bào)，具有低成本、高可靠性、不間斷監(jiān)控等特點(diǎn)。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1　系統(tǒng)硬件框圖

系統(tǒng)在無人的情況下正常開啟，紅外探測模塊開始工作，當(dāng)有人闖入時(shí)會(huì)觸發(fā)紅外探測模塊[1]，紅外探測模塊將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡單處理，一方面開啟聲光警告模塊對(duì)闖入者進(jìn)行驅(qū)離，另一方面單片機(jī)通過GSM模塊[2]與管理人員通信，發(fā)送告警信息，直到闖入者離去或管理人員到達(dá)方可解除警報(bào)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.2　主控芯片選擇

系統(tǒng)主控芯片選擇AT89S52，該芯片是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在線系統(tǒng)可編程存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，在單芯片上擁有巧妙的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活有效的解決方案。主要性能：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、全靜態(tài)操作：三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、32個(gè)可編程I/O口、全雙工UART串行通道。

圖1　紅外探測監(jiān)控系統(tǒng)框圖

2.3　紅外探測模塊設(shè)計(jì)

紅外探測模塊由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器和電源模塊電路等組成。紅外線探測傳感器[3]U1探測到前方人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，由U1的2腳輸出微弱的電信號(hào)，經(jīng)三極管VT1等組成第一級(jí)放大電路放大，再通過C2輸入到運(yùn)算放大器U2A中進(jìn)行高增益、低噪聲放大，此時(shí)由U2A的1腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)。U2B作電壓比較器，它的第5腳由R10、VD1提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)U2A的1腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)U2B的6腳時(shí)，兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較，此時(shí) U2B的7腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?，通過端JC輸入單片機(jī)，單片機(jī)啟動(dòng)聲光告警，通過GSM模塊向管理人員發(fā)送報(bào)警信息。

人體的紅外線信號(hào)消失后，U2B的7腳又恢復(fù)高電平輸出，JC端向單片機(jī)輸出信號(hào)，單片機(jī)停止告警動(dòng)作。系統(tǒng)的電源通過常見5V變壓器為單片機(jī)供電，采用CS5171芯片轉(zhuǎn)換為+6V為紅外探測模塊供電。紅外探測模塊及電源模塊原理圖如圖2所示。

U1采用進(jìn)口器件Q74，波長為9－10um。U2采用運(yùn)放LM358，具有高增益、低功耗。其中 C2、 C5一定要用漏電極小的鉭電容，否則調(diào)試會(huì)受到影響。R12是調(diào)整靈敏度的關(guān)鍵元件，應(yīng)選用線性高精度密封型。

圖2　紅外探測模塊及電源模塊原理圖

2.4　GSM模塊選擇

GSM模塊選擇SIMCOM公司的工業(yè)級(jí)芯片SIM800,該芯片工作頻率為GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸，同時(shí)通過支持藍(lán)牙和EmbeddedAT等高級(jí)特性，能適用于各種緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，可以為客戶節(jié)省成本和快速開發(fā)帶來更多便利，SIM800芯片可以運(yùn)用到短信監(jiān)控二氧化氮、短信監(jiān)控?zé)熿F報(bào)警器、無線終端（短信貓）、工業(yè)監(jiān)測與控制（溫濕度、二氧化碳）、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、智能家居控制系統(tǒng)等控制平臺(tái)。該芯片支持單片機(jī)連接，T_RX接單片機(jī)UART_RX管腳，T_TX接單片機(jī)UART_TX管腳，GND接單片機(jī)GND，V_MCU連接單片機(jī)板子的電壓5v ，該引腳是單片機(jī)板子的電壓引腳對(duì) GSM 模塊的TTL邏輯電平的調(diào)整，并不能作為GSM 模塊的供電來使用。該模塊需要辦理安裝移動(dòng)運(yùn)行商SIM卡，方可支持正常的短信報(bào)警發(fā)送業(yè)務(wù)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的工作流程是：當(dāng)系統(tǒng)開啟后，紅外探測模塊開始工作，有人員闖入系統(tǒng)監(jiān)測范圍，紅外探測模塊將信號(hào)變化發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)啟動(dòng)聲光告警模塊，通過巨大的聲響和閃爍的燈光對(duì)非法闖入者進(jìn)行震懾，驅(qū)離闖入者，若闖入者離開則，聲光告警模塊停止告警動(dòng)作，同時(shí)單片機(jī)會(huì)向GSM模塊發(fā)送指令，GSM模塊通過移動(dòng)運(yùn)營商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向管理人員的手機(jī)終端發(fā)送短信息進(jìn)行報(bào)警，告知管理人員及時(shí)采取措施，防止盜竊的發(fā)生。

在U1傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因?yàn)槿梭w的活動(dòng)頻率范圍為0.1－10Hz，需要用菲涅爾透鏡對(duì)人體活動(dòng)頻率倍增。安裝無誤，接上電源進(jìn)行調(diào)試，讓一個(gè)人在探測器前方7－10m處走動(dòng)，調(diào)整電路中的R12，使監(jiān)測系統(tǒng)正常工作即可。系統(tǒng)開啟后需要設(shè)定幾分鐘的延遲時(shí)間，確保管理人員有時(shí)間離開后在開啟系統(tǒng)。

4.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的紅外探測監(jiān)控系統(tǒng)通過單片機(jī)控制和GSM模塊的報(bào)警，可以實(shí)現(xiàn)無人值守進(jìn)行監(jiān)控，相比專業(yè)安防公司，該系統(tǒng)具有一次性低成本投入，兼具較高的可靠性、無間斷的監(jiān)測、告警及時(shí)等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)可根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)的聲音告警信息進(jìn)行設(shè)置，若配合視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離預(yù)警及視頻監(jiān)控，具有一定的擴(kuò)展性。該紅外探測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理且具備一定的實(shí)用價(jià)值。

[1]葉冬,李杰.多路紅外線防盜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息通信,2016(1):139-141.

[2]齊海東等.基于GSM的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J].白城師范學(xué)院學(xué)報(bào),2012,31(5):12-15.

[3]楊林.紅外探測技術(shù)的發(fā)展研究[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2016(5):188-189.